烧结硬化行为对双陶瓷层热障涂层服役寿命的影响

作者：牟飞; 徐彤; 李广荣^*; 杨冠军; 朱昌发; 赵鼎; 王国强; 王钺淞

来源：中国材料进展, 2023, 42(12): 993-1000.

• 热障涂层
• Gd2Zr2O7
• 烧结
• 热循环寿命
• 结构演变

锆酸钆(Gd2Zr2O7,GZO)在其熔点以下具有稳定的相结构，并且热导率较低，是替代氧化钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia, YSZ)成为热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)的陶瓷层部分的最有潜力的材料之一。但是，较低的断裂韧性制约着GZO的工程应用。为了实现GZO-TBCs的长寿命服役，制备了YSZ+GZO双陶瓷层TBCs,并通过分析涂层在高温下的结构演变规律来揭示双陶瓷涂层长寿命服役机理。结果表明，相比于单层GZO的TBCs, YSZ+GZO双陶瓷TBCs的热循环寿命提高了12倍。进一步研究GZO涂层在热循环过程中的失效行为，结果表明，GZO涂层在热循环后未发生相变，经1250和1450℃热暴露100 h后，其表观孔隙率分别下降了46.0%和59.8%,硬度则分别提高了79.0%和123.8%,且在热暴露初期变化较快，后期渐渐减缓。观察发现，GZO涂层在高温热暴露过程中层内纵向裂纹、层间未结合区域和球状孔隙等微观缺陷的逐渐愈合，导致涂层致密度提高、逐渐硬化，是引发涂层失效的主要原因之一。

• 单位
  金属材料强度国家重点实验室; 西安交通大学